Il Glutammato ed i suoi recettori

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1 Il Glutammato ed i suoi recettori Ionotropi NMDA (N- me%l- D- aspartato) : controlla canali ionici Na + /K + /Ca ++ AMPA (alfa- Amino- 3- Idrossi- 5- Me%l- 4- isoxazolone propionato) : controlla canali ionici Na + /K + Kainato: controlla canali ionici Na + /K +

2 I recettopri ionotropi del glutammato hanno tre domini transmembrana ed un loop rientrante nachr o GABA A Glutamate (NMDA, AMPA o kainato) Fundamental Neuroscience (1999). Zigmond et al., Academic Press

3 Recettori AMPA AMPA Varietà di segnali eccitatori: Processamento sensoriale Apprendimento (ruoli diversi nello sviluppo) Regolatore del dolore (media i segnali dolorifici) Induzione di crisi epilettiche o Hanno cinetiche di attivazione/inattivazione e desensitizzazione molto rapide o Sono permeabili al Na + e poco al Ca 2+ o Sono localizzati nella densità postsinaptica o Sono responsabili della risposta eccitatoria rapida (depolarizzante) tipica delle sinapsi glutammatergiche

4 Recettori del Glutammato NMDA (N- metil-d-aspartato) Molto espressi in corteccia e nell ippocampo: 7 varianti di NMDAR1; 4 varianti di NMDAR2 Richiede un co-agonista per l attivazione: glicina Ha molti siti di legame e ligandi: 1. sito per il glutammato 2. sito per la glicina 3. sito di blocco dell apertura del canale (antagonisti non competitivi: PCP, MK 801, 4. sito per il Mg sito per lo Zn sito allosterico per le poliammine (può amplificarne la funzione) Normalmente è mantenuto inattivo dal Mg 2+ Bloccati dall acido fosfoaminovalerico (APV) (antagonista competitivo) Fundamental Neuroscience (1999). Zigmond et al., Academic Press

5 Phencyclidina, MK-801 e ketamina sono bloccanti dell apertura del canale dei recettori NMDA MK-801 (Dizolcipina) Fenciclidina (PCP) Ketamina NOTA: La Fenciclidina è una sostanza allucinogena adazione oppiomimetica (usata come droga negli anni 60-70) La Ketamina può provocare fenomeni allucinogeni. Viene usata per indurre un anestesia dissociativa (dissociazione funzionale tra il sistema limbico e talamo-corticale. Questo produce analgesia e amnesia profonda, mentre il paziente può avere gli occhi aperti e mantiene riflessi di protezione)

6 Recettori del Glutammato NMDA (N- metil-d-aspartato) Molto espressi in corteccia e nell ippocampo: 7 varianti di NMDAR1; 4 varianti di NMDAR2 Richiede un co-agonista per l attivazione: glicina Ha molti siti di legame e ligandi: 1. sito per il glutammato 2. sito per la glicina 3. sito di blocco dell apertura del canale (antagonisti non competitivi: PCP, MK 801, 4. sito per il Mg sito per lo Zn sito allosterico per le poliammine (può amplificarne la funzione) Normalmente è mantenuto inattivo dal Mg 2+ Bloccati dall acido fosfoaminovalerico (APV) (antagonista competitivo) Fundamental Neuroscience (1999). Zigmond et al., Academic Press

7 I recettori NMDA sono bloccati da uno ione Mg 2+ con modalità voltaggio-dipendente Normalmente mantenuto inattivo dal Mg 2+ E richiesta una depolarizzazione per spostare lo ione e consentire l attività del canale Coincidence detector : si attiva solo in casi di attività ripetuta o simultanea in sinapsi adiacenti

8 Il complesso NMDA-recettore ha un sito di legame per l agonista, ma l occupazione del sito di legame del NMDA o del glutammato non è sufficiente ad aprire il gate

9 Perché il glutammato possa attivare questo recettore, occorre che un secondo sito di legame allosterico sia occupato dalla glicina (co-agonista)

10 La glicina potenzia l affinità del glutammato per il proprio recettore ed è privo di attività intrinseca (agonista allosterico)

11 La sola apertura del gate non è sufficiente per lasciar passare gli ioni attraverso il complesso NMDA-recettore

12 Questo perché l influsso di calcio avviene solo se la membrana post-sinaptica è sufficientemente depolarizzata, così da rimuovere il blocco che lo ione Mg 2+ esercita a livello del canale ionico recettoriale

13 La membrana deve essere sufficientemente depolarizzata (per es. attraverso l attivazione dei recettori AMPA) per rimuovere il blocco

14 L influsso di calcio mediato dall attivazione del recettore NMDA ha importanti effetti biologici sul neurone Effetti di tipo trofico Effetti di tipo regolatorio della trasmissione sinaptica (potenziamento e depressione sinaptica di lunga durata) Effetti di tipo tossico (eccitotossicità) Esposizione all NMDA (300 mm) per 24 h

15 Funzione del recettore NMDA Sviluppo, plasticità/apprendimento: Aumenta il numero delle sinapsi Aumenta l arborizzazione dendridica Aumenta il numero di spine Aumenta l arborizzazione neuritica Apprendimento: Long-term Depression (LTD) Long-term Potentiation (LTP)

16 Le correnti post-sinaptiche glutamatergiche hanno una componente veloce ed una lenta Componente tardiva mediata dai recettori NMDA Componente "veloce" mediata dai recettori AMPA

17 Recettori Kainato Kainate Sono diffusi in tutto il SNC (ma meno abbondanti dei recettori AMPA) Sono permeabili al Ca 2+ Responsabili della trasmissione sinaptica rapida Possibili funzioni controllo presinaptico sul rilascio del neurotrasmettitore (GABA)

18 Recettori metabotropici Group I: mglur1, mglur5: Gq, attivazione della fosfolipasi C (PLC) Group II: mglur2, mglur3: Gi, inibizione dell adenialto ciclasi (AC) Group III: mglur4, mglur6, mglur7, mglur8: Gi, inibizione dell AC Pochi agonisti ed antagonisti selettivi Coinvolti nell ansia, crisi epilettiche, neuroprotezione, sostanze di abuso (ad es. topi mglur5 KO non hanno auto-somministrazione di cocaina), apprendimento

19 I recettori per i neurotrasmettitori sono in gran parte stabilizzati nella specializzazione post-sinaptica mediante complessi molecolari anche molto dissimili tra loro Extra-sinaptici Post-sinaptici

20 Sinapsi glutamatergica Astrocita Astrocita PAG: phosphate Activated Glutaminase Gln-S: Glutamine synthase GABA-T: GABA Transaminase EAAT: Excitatory Amino Acid Transporter GAD: Glutamic Acid Decarboxylase GAT: GABA Transporter

21 Diffusione elettrotonica del potenziale Attivazione di recettori ionotropi o metabotropi si genera una corrente sinaptica Corrente sinaptica può essere depolarizzante (eccitatoria) o iperpolarizzante (inibitoria) si genera un potenziale postsinaptico

22 Eventi post-sinaptici La giunzione neuromuscolare

23 Potenziali post-sinaptici + curaro L arrivo di un potenziale d azione nella terminazione pre-sinaptica causa una depolarizzazione locale della membrana postsinaptica -Potenziale Post-sinaptico- ed inizia la propagazione di un potenziale d azione muscolare Il potenziale d azione deriva da un potenziale di placca ++curaro Il potenziale sinaptico può essere registrato isolato dalla risposta tutto o nulla

24 Fibra muscolare parzialmente curarizzata A differenza del potenziale d azione, il potenziale sinaptico diffonde passivamente e decade con la distanza

25 Il rilascio quantico dei neurotrasmettitori 1952: Fatt e Katz scoprono i potenziali di placca in miniatura (mepp)= 0.2 mv-3 mv Un potenziale di placca corrisponde a circa mepp Distribuzione di Poisson

26 Alla placca neuromuscolare: un mep è dovuto al rilascio di un pacchetto di 7000 molecole di Ach, che sono in grado di attivare circa 2000 canali post-sinaptici 0,5 ml

27 Corrente sinaptica La direzione e l intensità della corrente sinaptica determinano la polarità e l ampiezza del potenziale post-sinaptico La natura ionica delle correnti può essere determinata cambiando le concentrazioni extracellulari di specifici ioni Le correnti sinaptiche hanno una durata considerevolmente inferiore a quella dei potenziali sinaptici (che dipendono dalla costante di tempo della membrana)